Nanohydrodynamics at liquid-solid interfaces: from experimental characterization without external forcing to consequences on the dynamics of charged systems
Nanohydrodynamique au voisinage d'une surface solide : de la caractérisation expérimentale à l'équilibre aux conséquences sur la dynamique des systèmes chargés
Résumé
This works concerns the interplay between surface properties and nanohydrodynamics of simple liquids in the vicinity of solid surfaces.
In a first part, we have developed a new method to characterize the hydrodynamic boundary condition (HBC) relying solely on the measurement of the thermal motion of confined colloids, using a home build fluorescence correlation spectroscopy setup. We show that, for smooth surfaces, the HBC depends on the wetting properties of the wall: while the no-slip assumption is fulfilled on hydrophilic surfaces, a nanometric slippage is measured on hydrophobic surfaces.
In a second part, we investigated the consequences of such modifications of the HBC on the dynamics of charged systems. For wetting surfaces, this work provides a clear interpretation for the traditional continuum description. In contrast, for non-wetting surfaces, we show that electrokinetic effects are considerably amplified by the existence of a slippage at the solid substrate.
In a first part, we have developed a new method to characterize the hydrodynamic boundary condition (HBC) relying solely on the measurement of the thermal motion of confined colloids, using a home build fluorescence correlation spectroscopy setup. We show that, for smooth surfaces, the HBC depends on the wetting properties of the wall: while the no-slip assumption is fulfilled on hydrophilic surfaces, a nanometric slippage is measured on hydrophobic surfaces.
In a second part, we investigated the consequences of such modifications of the HBC on the dynamics of charged systems. For wetting surfaces, this work provides a clear interpretation for the traditional continuum description. In contrast, for non-wetting surfaces, we show that electrokinetic effects are considerably amplified by the existence of a slippage at the solid substrate.
Ce travail a pour objectif d'étudier l'influence des propriétés de surface sur la nanohydrodynamique de liquides simples au voisinage de parois solides.
Dans une première partie, nous avons développé une nouvelle méthode pour la détermination de la condition limite hydrodynamique (CLH) fondée sur la mesure, par spectroscopie de corrélation de fluorescence, du mouvement thermique de colloïdes confinés. Nous montrons que, sur des surfaces lisses, la CLH est influencée par les propriétés de mouillage de la paroi : tandis que l'hypothèse de non-glissement est respectée sur les parois mouillantes, nous observons un glissement nanométrique du liquide sur les parois non-mouillantes.
Dans une deuxième partie, nous avons exploré, à l'aide de simulations de dynamique moléculaire, les conséquences de ces modifications sur la dynamique des systèmes chargés. Sur des parois non-mouillantes, nous mettons en évidence la possibilité d'une forte amplification des différents effets électrocinétiques.
Dans une première partie, nous avons développé une nouvelle méthode pour la détermination de la condition limite hydrodynamique (CLH) fondée sur la mesure, par spectroscopie de corrélation de fluorescence, du mouvement thermique de colloïdes confinés. Nous montrons que, sur des surfaces lisses, la CLH est influencée par les propriétés de mouillage de la paroi : tandis que l'hypothèse de non-glissement est respectée sur les parois mouillantes, nous observons un glissement nanométrique du liquide sur les parois non-mouillantes.
Dans une deuxième partie, nous avons exploré, à l'aide de simulations de dynamique moléculaire, les conséquences de ces modifications sur la dynamique des systèmes chargés. Sur des parois non-mouillantes, nous mettons en évidence la possibilité d'une forte amplification des différents effets électrocinétiques.
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